混凝土中钙矾石的研究进展综述[摘要]本文主要从混凝土中钙矾石的结构、在混凝土中的形成机理、性质以及其在混凝土中生长规律五个方面简要综述了国内外钙矾石研究的进展，为以后进一步研究钙矾石作必要的准备。[关键词]钙矾石；形成机理；生长规律在沿海地区和内陆盐湖地区，混凝土结构物易受SO42－、Na+、Mg2+、Cl-等侵蚀，与其水化物进行固相或液相化学反应生成具有体积膨胀性质的钙矾石、石膏和硅灰石膏等大分子结晶体。通常认为钙矾石的发育膨胀使混凝土材料开裂，而氯离子(Cl-)使钢筋锈蚀，从而导致结构耐久性的丧失。在硫酸盐侵蚀下混凝土结构耐久性研究中，对大分子结晶体钙矾石的研究至关重要。自从1872年W·米契阿里斯首次提出了“水泥杆菌”概念并制得钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·30H2O)[1]以来的一个多世纪里，各国学者对钙矾石的研究从未停止。对钙矾石的研究主要是研究其物相结构、形成机理、特性以及其在混凝土中的生长规律等等，一个多世纪以来虽然对钙矾石的研究取得了一定的进展，但其中有些结论或者成果并不是完全一致的，有的甚至是互相矛盾的。本文就此对国内外混凝土中钙矾石的研究进展进行简要的综述，为进一步研究钙矾石晶体作必要的准备。钙矾石是我国对此晶体的称呼，国际通用名称是Ettringite。1钙矾石的物相结构一般我们所指混凝土中的钙矾石是指水泥水化产物C—A—H(水化铝酸钙)和硫酸根离子结合产生的结晶物水化硫铝酸钙(简称AFt)，AFt与天然矿物钙矾石的化学组成及晶体结构基本相同。钙矾石的分子式是3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，其结晶水的数量与其所处环境湿度有关。Taylor和Moore等人从微观层次对钙矾石的分子结构进行了研究，他们认为[2]，钙矾石的基本结构单元为{Ca3[Al(OH)6]·12H2O}3+，属三方晶系，呈柱状结构，其折射率为N0=11464，Ne=11458，25℃时的相对密度为117。钙矾石的构造式为[Ca6Al2(OH)12·24H2O]·(SO4)3·2H2O，其离子式为{Ca6Al2(OH)12·24H2O}6+·(SO4)2-3·2H2O。每个晶胞中，由平行于C轴的{Ca6Al2(OH)12·24H2O}6+构成钙矾石基本结构单元柱，其柱芯是铝氧八面体[Al(OH)6]3-，空间群为P31C，柱状单元可重复的距离为1017。钙矾石的基本结构就是沿纵轴具有两倍的柱状结构，所以在长1017埃中有6个Ca原子，每个Ca原子外面有4个水分子配位，共有24个水分子，定向排列呈柱状，平行于总轴外侧有四个沟槽，其中3个沟槽各有一个硫SO42－，另一个沟槽中含有两个水分子。还有一种与钙矾石有关的晶体是单硫型水化硫铝酸钙(C3A·CaSO4·12H2O，简称AFm)，该晶体结构[9]在第五届东京会议上已被确定，它属六方板状相，N0=1154，Ne=11488，双折射01016，20℃时的相对密度为1195，主层结构为[Ca2Al(OH)6]-22，层间由SO42－和6个H2O构成，每个钙原子和水分子连接形成Ca2Al(OH)6·2H2O[224]。游宝坤和席耀忠等一些学者认为[3]，钙矾石是一个族相，在硬化体水泥浆体中实际存在的钙矾石是一个含有其他离子相如SiO2，Fe2O3等的固溶体。2钙矾石的形成机理研究混凝土在复杂环境中的钙矾石形成机理，首先要了解和掌握钙矾石的制备。目前通过实验手段制备纯钙矾石的方法主要有以下3种：第一种是反应溶液法。彭家惠、楼宗汉在研究钙矾石形成机理时[7]就用此法制备了钙矾石。以AR级Ca(OH)2，Al2(SO4)3·18H2O为原料，按下列反应方程合成：Al2(SO4)3·18H2O+6Ca(OH)2－3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O第二种是AFm转化法。先是合成AFm[9]，1步用自蔓延(SHS)法合成CA，第2步合成AFm，称取适量CaO·CaSO4·12H2O和CA湿磨(WPC=0。14)，置于密封瓶中，在40℃下水化7d，每天定时碾磨，水化后样品经60℃烘干，产物为AFm;然后由AFm转化成AFt，AFm加水和足量石膏转化为AFt，反应方程为：C3A·CaSO4·12H2O+2CaSO4+20H2O－C3A·3CaSO4·32H2O第三种是铝酸钙(CA)转化法[10]。按1∶1的摩尔比将Al2O3和CaO混匀，并在1200℃烧结反应完全(矿物主要为CA)，研磨后再与适量的CaO和CaSO4·2H2O配合加水反应120h，即得所需的钙矾石样品，反应满足下列方程：CaO·Al2O3+2CaO+3CaSO4·2H2O+30H2O－3C3A·3CaSO4·32H2O混凝土中形成钙矾石的反应要复杂的多，形成钙矾石的反应既包含...
